eng
Рассмотрено применение автомобильного Ethernet. Отмечено, что компания Keysight Technologies готова предложить своим заказчикам полный набор решений для тестирования автомобильного Ethernet.
Теги: adas) advanced driver-assistance systems (adas) automotive ethernet testing автомобильный ethernet системы помощи водителю (advanced driver-assistance systems тестирование
Ethernet – ключевой компонент современных автомобильных технологий
По материалам компании Keysight Technologies
Автомобилестроители всё чаще используют сложные электронные системы для повышения безопасности и удобства водителя, и современный автомобиль может содержать от 30 до 100 электронных блоков управления (Electronic Control Unit, ECU), поддерживающих такие функции, как обеспечение безопасности, управление двигателем, навигация и информационно-развлекательные системы. Современные системы помощи водителю (Advanced Driver-Assistance Systems, ADAS) относятся к одному из самых быстрорастущих сегментов автомобильной электроники, и, по мере роста их популярности, большой объем генерируемых и передаваемых ими данных увеличивает нагрузку на коммуникационные системы внутри автомобиля. Существующие автомобильные последовательные шины не способны поддерживать скорости передачи и полосы, используемые системами ADAS, и не могут масштабироваться для создания будущей надежной платформы, необходимой производителям автомобилей. О возможных подходах к решению этой проблемы рассказывается в статье.
Ethernet, присутствующий сегодня повсеместно в офисах и с недавнего времени на заводах, предлагает потенциальное решение и для автомобилей, но обладает рядом недостатков в том, что касается функций реального времени и возможности работать в условиях сильных помех и жестких климатических условиях, свойственных автомобилю. Признавая потребность в скоростной бортовой коммуникационной сети, альянс OPEN (One-Pair Ethernet – Ethernet по одной паре) принял концепцию, разработанную изначально компаниями BMW и Broadcom, для создания технологии BroadR-Reach, или автомобильного Ethernet.
Помимо поддержки передачи больших объемов данных и высоких скоростей, свойственных системам ADAS, замена традиционных проводных соединений автомобильным Ethernet сулит целый ряд преимуществ, включая до 80% снижения стоимости соединений и до 30% сокращения массы кабелей.
Этот новый стандарт Ethernet меняет устоявшиеся процедуры тестирования, поэтому поставщики, разработчики систем и производители автомобильной электроники должны обеспечить соответствующее тестирование физического уровня, протоколов, совместимости, безопасности и кабелей. Сегодня разработчикам доступен широкий спектр современных контрольно-измерительных решений, позволяющих упростить и ускорить тестирование, что в итоге сокращает время продвижения продукции на рынок.
Эволюция автомобильных технологий
Внедрение новых автомобильных технологий сопровождается усложнением автомобильных электронных систем, позволяя использовать такие решения, как информационно-развлекательные системы, ADAS, электронные трансмиссии и кузовная электроника, например, системы входа. В последнее десятилетие число электронных блоков управления (ECU), входящих в средний новый автомобиль, более чем удвоилось, причем выросло не только их количество, но и сложность.
Ключевым стимулом развития этих технологий является безопасность, и в последнее время появился широкий набор соответствующих приложений, включая адаптивный круиз-контроль (Adaptive Cruise Control, ACC), автоматическую систему экстренного торможения (Automatic Emergency Braking, AEB), систему обнаружения слепых зон (Blind-Spot Detection, BSD), ассистента перестроения по полосам (Lane-Change Assist, LCA), ассистента выхода из автомобиля (Vehicle-Exit Assist, VEA) и систему предупреждения о столкновениях (Forward Collision Warning, FCW).
Все эти приложения полагаются на обширную систему датчиков, включая радары, камеры, лидары и ультразвуковые локаторы (рис. 1), которые передают в соответствующий ECU точную и своевременную информацию об окружающей обстановке, позволяя совершать предупредительные и корректирующие воздействия.
В то же время развитие технологий беспроводных сетей сделало возможной концепцию подключенного автомобиля, а с приходом технологии 5G V2X автомобиль сможет обмениваться данными с окружающими объектами, включая другие автомобили, пешеходов, придорожные инфраструктурные объекты и удаленные центры мониторинга.
Все эти системы собирают, обрабатывают и генерируют огромные объемы данных – по некоторым сведениям порядка 4 Тбайт в день, – что создает серьезную нагрузку на имеющиеся бортовые коммуникационные системы.
Появление автомобильного Ethernet
Такое развитие автомобильных технологий подстегнуло разработку новых последовательных шин (табл. 1), каждая из которых обладает специфическими характеристиками и нацелена на поддержку определенных приложений. Рост числа новых приложений, которые предъявляют свои коммуникационные требования, быстро создал ситуацию, в которой автомобильная электропроводка стала третьим по массе и третьим по стоимости компонентом среднего автомобиля, причем затраты на ее монтаж могут составлять до 50% от общей стоимости сборки.
Высокая стоимость и сложность автомобильных сетей стала влиять на время продвижения новых автомобилей на рынок. Кроме того, устаревшие последовательные шины с трудом справлялись с поддержкой возросших скоростей передачи данных и требованиями новых приложений.
Осознав необходимость создания широкополосной масштабируемой сети, опирающейся на передовую открытую архитектуру, компания BMW в сотрудничестве с Broadcom разработала специальный вариант Ethernet, получивший название BroadR-Reach. Это новое решение для физического уровня Ethernet отвечало автомобильным требованиям к электромагнитной совместимости (ЭМС), сокращая при этом массу проводки за счет применения одной витой пары. Союз BMW / Broadcom привел к созданию альянса OPEN – экосистемы производителей и партнеров, принявших и продвигающих технологию BroadR-Reach и работающих над дальнейшим развитием решений Ethernet PHY для автомобильных приложений. Признав растущую потребность в решениях Ethernet, адаптированных к специфическим требованиям автомобильной промышленности, IEEE выпустил стандарт Ethernet 802.3bw‑2015, известный также как 100BASE-T1, основанный на BroadR-Reach и совместимый с ним. BroadR-Reach представляет собой гибрид протоколов 100BASE-T и 1000BASE-T и использует их лучшие стороны, в то же время улучшая характеристики, наиболее востребованные в автомобильных приложениях. Снижая скорость передачи данных со 125 до 66,67 Мбод, BroadR-Reach может работать по кабелям более низкого качества (и, следовательно, более дешевым) и при этом отвечает самым строгим требованиям, предъявляемым к целостности сигнала в автомобильных приложениях.
OPEN и IEEE продолжают совместную деятельность по разработке автомобильного Ethernet, включая новый стандарт для передачи данных со скоростью 1 Гбит / с по одной витой паре – 1000BASE-T1, поддерживающий также такие возможности Ethernet, как синхронизация по времени (IEEE 802.1AS) и запуск по времени (IEEE 802.3br).
Изначально ограниченный диагностикой и прошивкой нового микропрограммного обеспечения, автомобильный Ethernet находит всё более широкое применение в современных автомобилях, постепенно превращаясь в магистральную сеть автомобиля.
Тестирование современных автомобильных систем
Успешная реализация любой системы, использующей автомобильный Ethernet, требует создания всеобъемлющего плана испытаний, поддерживаемого соответствующим контрольно-измерительным решением. На рис. 2 показан полный стек протоколов автомобильного Ethernet.
Для проверки совместимости нужно протестировать три точки на физическом уровне (рис. 3) – передатчик, приемник (встроенный в физический уровень Ethernet) и сам канал, который включает кабель и разъемы.
Решения для тестирования доступны для каждой точки, что минимизирует сложность теста и время тестирования. Имеются решения для тестирования приемопередатчика, поддерживающие автоматическое конфигурирование и заранее настроенные на проверку на соответствие стандартам. Кроме того, современное контрольно-измерительное оборудование предлагает графическое представление информации, показывая подключения тестируемого устройства, а также создавая отчет типа «годен / не годен» в формате HTML.
Полное тестирование на уровне канала должно охватывать кабель и разъемы, а также проверять уровни перекрестных помех на протяжении всего коммуникационного канала.
На более высоких уровнях стека протоколов нужно проверять автомобильный стек протоколов TCP / IP, а также такие функции, как синхронизация по времени (IEEE 802.1AS), передача видео и звука (IEEE 802.1Qav) и передача данных по расписанию (IEEE 802.1Qbv).
Решения для тестирования передатчиков, приемников, а также кабелей и соединителей стандартов 100 / 1000BASE-T1 автомобильного Ethernet реализуются с помощью широкого спектра измерительного оборудования, включающего в себя: осциллографы, векторные анализаторы цепей, генераторы сигналов произвольной формы и, что немаловажно, специализированную оснастку. Данный набор оборудования позволяет произвести все необходимые измерения как на этапах разработки и отладки, так и на этапах серийного производства или тестирования на соответствие требованиям стандартов.
Всё больше российских компаний-разработчиков и производителей компонентов проявляют интерес к данной тематике. Не лишены подобные системы и интереса со стороны крупнейших отечественных автомобильных заводов. Компания Keysight Technologies первой в России рада предложить своим заказчикам полный набор решений для тестирования стандартов 100 / 1000BASE-T1 автомобильного Ethernet и приглашает в свои офисы для проведения наглядных демонстраций подобных измерений. ●
По материалам компании Keysight Technologies
Автомобилестроители всё чаще используют сложные электронные системы для повышения безопасности и удобства водителя, и современный автомобиль может содержать от 30 до 100 электронных блоков управления (Electronic Control Unit, ECU), поддерживающих такие функции, как обеспечение безопасности, управление двигателем, навигация и информационно-развлекательные системы. Современные системы помощи водителю (Advanced Driver-Assistance Systems, ADAS) относятся к одному из самых быстрорастущих сегментов автомобильной электроники, и, по мере роста их популярности, большой объем генерируемых и передаваемых ими данных увеличивает нагрузку на коммуникационные системы внутри автомобиля. Существующие автомобильные последовательные шины не способны поддерживать скорости передачи и полосы, используемые системами ADAS, и не могут масштабироваться для создания будущей надежной платформы, необходимой производителям автомобилей. О возможных подходах к решению этой проблемы рассказывается в статье.
Ethernet, присутствующий сегодня повсеместно в офисах и с недавнего времени на заводах, предлагает потенциальное решение и для автомобилей, но обладает рядом недостатков в том, что касается функций реального времени и возможности работать в условиях сильных помех и жестких климатических условиях, свойственных автомобилю. Признавая потребность в скоростной бортовой коммуникационной сети, альянс OPEN (One-Pair Ethernet – Ethernet по одной паре) принял концепцию, разработанную изначально компаниями BMW и Broadcom, для создания технологии BroadR-Reach, или автомобильного Ethernet.
Помимо поддержки передачи больших объемов данных и высоких скоростей, свойственных системам ADAS, замена традиционных проводных соединений автомобильным Ethernet сулит целый ряд преимуществ, включая до 80% снижения стоимости соединений и до 30% сокращения массы кабелей.
Этот новый стандарт Ethernet меняет устоявшиеся процедуры тестирования, поэтому поставщики, разработчики систем и производители автомобильной электроники должны обеспечить соответствующее тестирование физического уровня, протоколов, совместимости, безопасности и кабелей. Сегодня разработчикам доступен широкий спектр современных контрольно-измерительных решений, позволяющих упростить и ускорить тестирование, что в итоге сокращает время продвижения продукции на рынок.
Эволюция автомобильных технологий
Внедрение новых автомобильных технологий сопровождается усложнением автомобильных электронных систем, позволяя использовать такие решения, как информационно-развлекательные системы, ADAS, электронные трансмиссии и кузовная электроника, например, системы входа. В последнее десятилетие число электронных блоков управления (ECU), входящих в средний новый автомобиль, более чем удвоилось, причем выросло не только их количество, но и сложность.
Ключевым стимулом развития этих технологий является безопасность, и в последнее время появился широкий набор соответствующих приложений, включая адаптивный круиз-контроль (Adaptive Cruise Control, ACC), автоматическую систему экстренного торможения (Automatic Emergency Braking, AEB), систему обнаружения слепых зон (Blind-Spot Detection, BSD), ассистента перестроения по полосам (Lane-Change Assist, LCA), ассистента выхода из автомобиля (Vehicle-Exit Assist, VEA) и систему предупреждения о столкновениях (Forward Collision Warning, FCW).
Все эти приложения полагаются на обширную систему датчиков, включая радары, камеры, лидары и ультразвуковые локаторы (рис. 1), которые передают в соответствующий ECU точную и своевременную информацию об окружающей обстановке, позволяя совершать предупредительные и корректирующие воздействия.
В то же время развитие технологий беспроводных сетей сделало возможной концепцию подключенного автомобиля, а с приходом технологии 5G V2X автомобиль сможет обмениваться данными с окружающими объектами, включая другие автомобили, пешеходов, придорожные инфраструктурные объекты и удаленные центры мониторинга.
Все эти системы собирают, обрабатывают и генерируют огромные объемы данных – по некоторым сведениям порядка 4 Тбайт в день, – что создает серьезную нагрузку на имеющиеся бортовые коммуникационные системы.
Появление автомобильного Ethernet
Такое развитие автомобильных технологий подстегнуло разработку новых последовательных шин (табл. 1), каждая из которых обладает специфическими характеристиками и нацелена на поддержку определенных приложений. Рост числа новых приложений, которые предъявляют свои коммуникационные требования, быстро создал ситуацию, в которой автомобильная электропроводка стала третьим по массе и третьим по стоимости компонентом среднего автомобиля, причем затраты на ее монтаж могут составлять до 50% от общей стоимости сборки.
Высокая стоимость и сложность автомобильных сетей стала влиять на время продвижения новых автомобилей на рынок. Кроме того, устаревшие последовательные шины с трудом справлялись с поддержкой возросших скоростей передачи данных и требованиями новых приложений.
Осознав необходимость создания широкополосной масштабируемой сети, опирающейся на передовую открытую архитектуру, компания BMW в сотрудничестве с Broadcom разработала специальный вариант Ethernet, получивший название BroadR-Reach. Это новое решение для физического уровня Ethernet отвечало автомобильным требованиям к электромагнитной совместимости (ЭМС), сокращая при этом массу проводки за счет применения одной витой пары. Союз BMW / Broadcom привел к созданию альянса OPEN – экосистемы производителей и партнеров, принявших и продвигающих технологию BroadR-Reach и работающих над дальнейшим развитием решений Ethernet PHY для автомобильных приложений. Признав растущую потребность в решениях Ethernet, адаптированных к специфическим требованиям автомобильной промышленности, IEEE выпустил стандарт Ethernet 802.3bw‑2015, известный также как 100BASE-T1, основанный на BroadR-Reach и совместимый с ним. BroadR-Reach представляет собой гибрид протоколов 100BASE-T и 1000BASE-T и использует их лучшие стороны, в то же время улучшая характеристики, наиболее востребованные в автомобильных приложениях. Снижая скорость передачи данных со 125 до 66,67 Мбод, BroadR-Reach может работать по кабелям более низкого качества (и, следовательно, более дешевым) и при этом отвечает самым строгим требованиям, предъявляемым к целостности сигнала в автомобильных приложениях.
OPEN и IEEE продолжают совместную деятельность по разработке автомобильного Ethernet, включая новый стандарт для передачи данных со скоростью 1 Гбит / с по одной витой паре – 1000BASE-T1, поддерживающий также такие возможности Ethernet, как синхронизация по времени (IEEE 802.1AS) и запуск по времени (IEEE 802.3br).
Изначально ограниченный диагностикой и прошивкой нового микропрограммного обеспечения, автомобильный Ethernet находит всё более широкое применение в современных автомобилях, постепенно превращаясь в магистральную сеть автомобиля.
Тестирование современных автомобильных систем
Успешная реализация любой системы, использующей автомобильный Ethernet, требует создания всеобъемлющего плана испытаний, поддерживаемого соответствующим контрольно-измерительным решением. На рис. 2 показан полный стек протоколов автомобильного Ethernet.
Для проверки совместимости нужно протестировать три точки на физическом уровне (рис. 3) – передатчик, приемник (встроенный в физический уровень Ethernet) и сам канал, который включает кабель и разъемы.
Решения для тестирования доступны для каждой точки, что минимизирует сложность теста и время тестирования. Имеются решения для тестирования приемопередатчика, поддерживающие автоматическое конфигурирование и заранее настроенные на проверку на соответствие стандартам. Кроме того, современное контрольно-измерительное оборудование предлагает графическое представление информации, показывая подключения тестируемого устройства, а также создавая отчет типа «годен / не годен» в формате HTML.
Полное тестирование на уровне канала должно охватывать кабель и разъемы, а также проверять уровни перекрестных помех на протяжении всего коммуникационного канала.
На более высоких уровнях стека протоколов нужно проверять автомобильный стек протоколов TCP / IP, а также такие функции, как синхронизация по времени (IEEE 802.1AS), передача видео и звука (IEEE 802.1Qav) и передача данных по расписанию (IEEE 802.1Qbv).
Решения для тестирования передатчиков, приемников, а также кабелей и соединителей стандартов 100 / 1000BASE-T1 автомобильного Ethernet реализуются с помощью широкого спектра измерительного оборудования, включающего в себя: осциллографы, векторные анализаторы цепей, генераторы сигналов произвольной формы и, что немаловажно, специализированную оснастку. Данный набор оборудования позволяет произвести все необходимые измерения как на этапах разработки и отладки, так и на этапах серийного производства или тестирования на соответствие требованиям стандартов.
Всё больше российских компаний-разработчиков и производителей компонентов проявляют интерес к данной тематике. Не лишены подобные системы и интереса со стороны крупнейших отечественных автомобильных заводов. Компания Keysight Technologies первой в России рада предложить своим заказчикам полный набор решений для тестирования стандартов 100 / 1000BASE-T1 автомобильного Ethernet и приглашает в свои офисы для проведения наглядных демонстраций подобных измерений. ●
Отзывы читателей
